Метрология в оптических телекоммуникационных системах.-2

КАФЕДРА СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ И КВАНТОВОЙ РАДИОТЕХНИКИ (СВЧиКР)

А.Е. Мандель

МЕТРОЛОГИЯ В ОПТИЧЕСКИХ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Учебно-методическое пособие по практическим занятиям и организации самостоятельной работы студентов специальности

210401 «Физика и техника оптической связи»

2012

2

Министерство образования и науки Российской федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧ и КР)

Утверждаю Зав. кафедрой СВЧ и КР

МЕТРОЛОГИЯ В ОПТИЧЕСКИХ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Учебно-методическое пособие по практическим занятиям и организации самостоятельной работы студентов специальности

210401 «Физика и техника оптической связи»

Разработчик:

профессор. каф. СВЧ и КР

_______А,Е. Мандель

3

УДК

681.7.068(075.8)

А.Е. Мандель

Метрология в оптических телекоммуникационных системах: учебнометодическое пособие по практическим занятиям и организации

самостоятельной работы студентов /

А.Е. Мандель. – Томск: ТУСУР, 2012. –28с

Приводится программа курса, его цели и задачи. Представлены темы лабораторных занятий, а также темы и методические указания по проведению практических занятий. Представлены темы и вопросы контрольных работ и перечень индивидуальных заданий. Приводится список экзаменационных вопросов и приведены примеры ответов на экзаменационные вопросы.

Методические указания предназначены для студентов очной, заочной и дистанционной форм обучения специальности 210401 по дисциплине «Метрология в оптических телекоммуникационных системах» и могут быть использованы студентами, обучающимися по направлениям подготовки бакалавриата «Телекоммуникации».

УДК

681.7.068(075.8)

© Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2012

© Мандель А.Е. 2012

4

5

Введение

Самостоятельная работа студентов является частью учебного процесса при подготовке квалифицированных специалистов, способных самостоятельно и творчески решать стоящие перед ними задачи. В ходе самостоятельной работы формируются важнейшие профессиональные навыки будущего специалиста, такие как: внутренняя готовность к самообразованию в профессиональной сфере, самостоятельность, инициативность и ответственность, умение работать с источниками информации.

Предметно и содержательно самостоятельная работа студентов определяется образовательным стандартом "Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по направлению 654400 «Телекоммуникации», включающего специальность 210401 - “ Физика и техника оптической связи", утверждённым 10.03 2000, (Рег. № 20 тех/дс.) и рабочей программой по дисциплине «Метрология в оптических телекоммуникационных системах», утвержденной в ТУСУРе.

Каждая дисциплина должна иметь методическое сопровождение по самостоятельному изучению разделов и тем, указанных в рабочей программе, по написанию рефератов, выполнению расчетно-графических и лабораторных работ. В связи с этим эффективная организация самостоятельной работы студентов требует проведения целого ряда мероприятий, создающих предпосылки и условия для реализации самостоятельной работы, а именно:

·обеспечение студентов информационными ресурсами (учебными пособиями, справочниками, банками индивидуальных заданий);

·обеспечение студентов методическими материалами (учебнометодическими практикумами, сборниками задач, указаниями по выполнению лабораторных работ);

·наличие материальных ресурсов (ПК, измерительного и технологического оборудования для выполнения заданий в рамках НИР и ГПО);

·организация консультаций преподавателей;

·возможность публичного обсуждения теоретических и практических результатов, полученных студентом самостоятельно при выполнении НИРC и ГПО (конференции, олимпиады, конкурсы).

Важным элементом в организации самостоятельной работы студентов является контроль. Контроль требует разработки преподавателем контролирующих материалов в текстовом или тестовом исполнении, а при использовании ПК - пакета прикладных программ для проверки знаний

систематической самостоятельной работы студентов над учебными материалами и повысить качество обучения.

Программа дисциплины «Метрология в оптических телекоммуникационных системах». предусматривает проведение практических

6

занятий (семинаров) параллельно с лекционным курсом. В пособии приведены методические указания, предназначенные для обеспечения самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям (семинарам). Работа на семинарах нацелена на закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях, а также дискуссии по материалу самостоятельно изученной студентами технической литературы. Основной формой проведения семинаров выбрана публичная защита рефератов, самостоятельно подготовленных студентами.

Пособие разработано в соответствие с временными рекомендациями по организации самостоятельной работы студентов (письмо Минобразования РФ от 27.11.2002 "Об активизации самостоятельной работы студентов высших учебных заведений").

7

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1.Цель преподавания дисциплины

компоненту цикла специальных дисциплини и является одной из завершающих в цикле учебных дисциплин, формирующих уровень знаний специалиста.

Задачи изучения дисциплины Основными задачами изучения дисциплины являются:

-изучение студентами методов, схем и приемов измерений основных параметров оптических телекоммуникационных систем, их отдельных элементов и способов обеспечения требуемой точности измерений.

-изучение студентами принципов действия, устройство и технические характеристики основных рабочих средств измерений, используемых в системе

метрологического обеспечения в оптическом диапазоне.

В результате изучения курса студенты должны:

знать

-методы измерений основных параметров оптических телекоммуникационных систем и их отдельных элементов;

-принципы действия основных средств измерений оптического диапазона;

-основные принципы поверки средств измерений;

-системы автоматического мониторинга и управления оптическими сетями

уметь

-выбирать необходимые средства измерений для решения конкретных измерительных задач при прокладке, настройке и эксплуатации оптических

телекоммуникационных систем; иметь практические навыки в проведении измерений в оптическом

диапазоне, обработке и представлении результатов измерения.

1.2.Перечень обеспечивающих дисциплин.

Дисциплина "Метрология в оптических телекоммуникационных системах" базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения

” Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства”.

8

2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1.Наименование тем, их содержание и объемы в часах лекционных занятий

2.1.1. Особенности метрологии в оптических телекоммуникационных системах – 2 часа Самостоятельная работа - 1 час

Введение. Общие сведения о роли метрологического обеспечения в оптических телекоммуникациях. Основные понятия и определения системы метрологического обеспечения в оптических телекоммуникациях. Обработка и представление результатов измерения. Измерения статические и динамические. Измерения абсолютные и относительные. Измерения прямые, косвенные, совокупные и совместные. Обработка результатов прямых измерений. Алгоритм обработки результатов многократных измерений.

2.1.2.Измерительные задачи в оптических телекоммуникационных системах - 2 часа Самостоятельная работа - 1 час

Основные задачи метрологического обеспечения в оптической связи. Основные измерительные задачи, решаемые в процессе производства, строительства и эксплуатации оптических телекоммуникационных систем. Виды измерений в оптических телекоммуникационных системах: входной контроль, настроечные, приемо-сдаточные, эксплуатационные плановые и эксплуатационные внеплановые.

Особенности ввода измерительной информации в оптические волокна.

Апертурный угол. Согласование числовых апертур.

2.1.3. Измеряемые параметры в оптических телекоммуникационных системах - 2 часа Самостоятельная работа - 1 час

Основные измеряемые параметры оптических многомодовых и одномодовых волокон. Основные измеряемые параметры и характеристики оптических излучателей. Основные измеряемые параметры и характеристики фотоприемных устройств. Основные измеряемые параметры каналов и трактов оптических телекоммуникационных систем. Основные измеряемые параметры в многоволновых системах передачи. Измеряемые параметры оптических

усилителей.

2.1.4. Стандартизированные методики измерения излучения, проходящего через оптическое волокно. Средства измерений - 18 часов Самостоятельная работа - 9 часов

Методы измерения абсолютной оптической мощности. Измерители оптической мощности на основе термофотодиодов. Радиометрический метод замещения. Радиометры.

Измерение малоинтенсивного оптического излучения с помощью фотодиодов. Факторы, влияющие на точность измерения абсолютной

9

мощности светового излучения. Принципы построения измерителей абсолютной оптической мощности. Основные технические и метрологические характеристики оптических ваттметров.

Методы измерения затухания оптических волокон: метод обламывания; метод вносимых потерь. Источники погрешностей при измерении затухания. Способы достижения равновесного распределения мод в многомодовых оптических волокнах. Оптические тестеры. Основные технические и метрологические характеристики оптических тестеров.

Особенности измерений параметров одномодовых оптических волокон. Длина волны отсечки одномодовых волокон. Измерение длины волны отсечки методом передаваемой мощности. Измерение длины волны отсечки методом контроля диаметра модового поля.

Методы измерения диаметра модового пятна: метод ближнего и дального поля, метод поперечного смещения.

Виды дисперсии оптических волокон: межмодовая, хроматическая, поляризационная модовая. Методы измерения межмодовой дисперсии во временной области. Методы измерения хроматической дисперсии: метод сдвига фаз, метод дифференциального сдвига фаз. Факторы, влияющие на точность измерения хроматической дисперсии. Принципы построения и основные технические и метрологические характеристики измерителей хроматической дисперсии

Измерение поляризационной модовой дисперсии методом сканирования

длины волны.

2.1.5. Методы и средства измерений излучения, проходящего через линейный тракт - 10 часов Самостоятельная работа - 5 часов

Измерение коэффициентов ошибок в цифровых волоконно-оптических системах передачи. Особенности измерения коэффициентов ошибок в системах оптического диапазона. Нормы на параметры ошибок цифровых систем передачи. Критерии оценки качества передачи в высокоскоростных сетях связи. Измерение коэффициентов ошибок с помощью псевдослучайной последовательности. Методы, основанные на анализе цифрового сигнала. Средства измерения коэффициентов ошибок. Примеры измерений с использованием анализатора коэффициента ошибок: измерение энергетического потенциала линии связи, измерение чувствительности приемного устройства, измерение запаса мощности, обусловленной дисперсией волокна.

Измерение дрейфа и дрожания фазы в цифровых волоконно-оптических системах передачи. Нормы на максимальное значение дрейфа и дрожания фазы для иерархических стыков цифровых систем передачи. Измерение фазового дрожания цифровым осциллографом. Измерение фазового дрожания фазовым детектором. Измерения фазового дрожания по критерию увеличения коэффициента ошибок.

10

Анализ оптического спектра в цифровых волоконно-оптических системах передачи. Дифракционная решетка как оптический фильтр. Конструкции анализаторов оптического спектра на основе дифракционных решеток: однопроходный монохроматор, двухпроходный монохроматор, монохроматор Литтмана. Основные технические и метрологические характеристики анализаторов оптического спектра на основе дифракционных решеток.

Интерферометр Фабри – Перо. Анализаторы оптического спектра на основе интерферометра Фабри – Перо. Их технические и метрологические характеристики. Методы калибровки анализаторов оптического спектра по длине волны.

Измерение спектральных характеристик с высоким разрешением в высокоскоростных цифровых линиях связи: гетеродинный метод измерения спектральных характеристик, автогетеродинный метод измерения

спектральных характеристик.

2.1.6.Рефлектометрические измерения в оптических телекоммуникационных системах - 8 часов Самостоятельная работа - 4 часа

Основы оптической рефлектометрии. Метод импульсной оптической рефлектометрии, основанный на измерениях мощности обратного рэлеевского рассеяния. Основные принципы построения и устройство рефлектометров. Технические и метрологические характеристики рефлектометров. Рефлектометр как многофункциональное средство измерений в оптических телекоммуникационных системах. Виды измерений с помощью оптических рефлектометров: измерение затухания, определение места повреждения кабеля, контроль стыков. Погрешности измерений.

Метод Бриллюэновской рефлектометрии. Измерения натяжения волокон с

использованием Бриллюэновскогооптического импульсного рефлектометра.

2.1.7. Автоматизированные системы непрерывного мониторинга оптической сети - 4 часа Самостоятельная работа - 2 часа

Основные направления автоматизации контроля волоконно-оптических линий связи. Основы построения систем дистанционного тестирования волокон

RFTS (Remote Fiber Test System). Архитектура и функции систем дистанционного тестирования волокон. Организация измерений с закрытием и без закрытия связи. Основные функциональные характеристики систем

мониторинга Orion, Atlas, FiberVisor, AccessFiber.

2.1.8. Метрологическое обеспечение средств измерений оптического диапазона - 2 часов Самостоятельная работа - 1 час

Общие принципы поверки средств измерений оптического диапазона. Виды и методики поверок средств измерений. Рабочие эталоны, используемые при поверке средств измерений оптического диапазона. Организация и порядок поверки средств измерений.